(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸アルミニウムと水酸化ナトリウムとの反応の結果物を含む無機バインダー溶液を準備する段階；
ガラス繊維と前記無機バインダー溶液を撹拌して混合溶液を作る段階；
前記混合溶液から水を除去して抽出物を得る段階；及び
前記抽出物を圧縮、乾燥する段階；を含むことを特徴とするガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項２】
前記無機バインダー溶液はアルミニウム化合物を含むことを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム化合物は水酸化アルミニウムであることを特徴とする、請求項２に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウム化合物の乾燥生成物は酸化アルミニウムであることを特徴とする、請求項２に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項５】
前記無機バインダー溶液の全体重量のうち無機バインダーの含量は０．１〜１重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項６】
前記混合溶液の全体重量のうちガラス繊維は０．５〜１重量％であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項７】
前記圧縮時の圧力は２．０〜２．４ｋｇ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項８】
前記乾燥時の乾燥温度は２５０〜３００℃であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項９】
前記乾燥時の乾燥時間は１０〜１５分であることを特徴とする、請求項１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１０】
ガラス繊維を準備する段階；
硫酸アルミニウムと水酸化ナトリウムとの反応の結果物を含む無機バインダー溶液を準備する段階；
前記無機バインダー溶液を前記ガラス繊維に塗布する段階；及び
前記無機バインダー溶液が塗布されたガラス繊維を圧縮、乾燥する段階；を含むことを特徴とするガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１１】
前記無機バインダー溶液はアルミニウム化合物を含むことを特徴とする、請求項１０に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１２】
前記アルミニウム化合物は水酸化アルミニウムであることを特徴とする、請求項１１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１３】
前記アルミニウム化合物の乾燥生成物は酸化アルミニウムであることを特徴とする、請求項１１に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１４】
前記無機バインダー溶液の全体重量のうち無機バインダーの含量は０．１〜１重量％であることを特徴とする、請求項１０に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１５】
前記圧縮時の圧力は２．０〜２．４ｋｇ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１０に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１６】
前記乾燥時の乾燥温度は２５０〜３００℃であることを特徴とする、請求項１０に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【請求項１７】
前記乾燥時の乾燥時間は１０〜１５分であることを特徴とする、請求項１０に記載のガラス繊維ボードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス繊維ボード及びその製造方法に関し、より詳細には、最適化された無機バインダーを適用することによって初期断熱性能及び経済性に優れた、真空断熱材用ガラス繊維ボード及びその製造方法を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空断熱材用ガラス繊維ボードは、６００×６００ｍｍを基準にして１５年以上の優れた長期耐久性能及び３．０ｍＷ／ｍｋ以下の優れた初期熱伝導率を提供する。
【０００３】
一般に、ガラス繊維ボードは、マイクロガラス繊維と一般ガラス繊維を６：４〜９：１で混合し、ｐＨ２〜４の溶液で撹拌した後、ボード形態に乾燥して生産する。前記撹拌過程でマイクロガラス繊維の撚りが発生するので、製造が容易であり、断熱性能に優れる。
【０００４】
しかし、直径１〜３μｍのマイクロガラス繊維を生産するためには火炎法を用いるが、この方法によると、製造過程で公害が誘発され、良品率が低調であり、生産単価が非常に高いという問題がある。このような理由で生産が一部の国家のみで可能な実情にあり、ヨーロッパの場合、直径４μｍ以下のガラス繊維を取り扱うことに対しても人体有害性の理由で規制している。
【０００５】
したがって、直径４μｍ以上の標準化されたガラス繊維を使用した真空断熱材用芯材の開発が必要となった。
【０００６】
標準化されたガラス繊維を使用してボードを製造するためにはバインダーが必要である。これは、直径４μｍ以上のガラス繊維は直鎖状であるので、マイクロガラス繊維とは異なって撚り現象が発生しないためである。
【０００７】
一般的な無機バインダーを使用する場合、乾燥時の水分の移動によってバインダーも共に挙動し、表面のみに硬化現象が発生し、これは、断熱性能の低下につながる。
【０００８】
したがって、標準化されたガラス繊維に最適化された無機バインダーを適用することによって、乾燥後にもバインダーとガラス繊維が均一に分布するボードの提供が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−０９１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、標準化されたガラス繊維に最適化された無機バインダーを適用することによって、乾燥後にもバインダーとガラス繊維が均一に分布するボードを提供し、初期断熱性能及び経済性に優れた、真空断熱材用ガラス繊維ボード及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するための本発明の一実施例に係るガラス繊維ボードは、ガラス繊維及び無機バインダーを含み、前記無機バインダーは、アルミニウムを含む酸性溶液と塩基性溶液を中和反応させて生成されるアルミニウム化合物を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、前記目的を達成するための本発明の一実施例に係るガラス繊維ボードの製造方法は、ガラス繊維と無機バインダー溶液を撹拌して混合溶液を作る段階と、前記混合溶液から水を除去して抽出物を得る段階と、前記抽出物を圧縮、乾燥する段階とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、前記目的を達成するための本発明の更に他の実施例に係るガラス繊維ボードの製造方法は、ガラス繊維を準備する段階と、無機バインダー溶液を前記ガラス繊維に塗布する段階と、前記無機バインダー溶液が塗布されたガラス繊維を圧縮、乾燥する段階とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るガラス繊維ボードは、標準化されたガラス繊維を使用して生産性に優れ、公害の発生がなく、経済性に優れる。
【００１５】
また、最適化された無機バインダーを適用することによって、ガラス繊維とバインダーが均一に分布し、断熱性能に非常に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るガラス繊維ボードの製造方法の模式図である。
【図２】本発明に係るガラス繊維ボードの更に他の製造方法の模式図である。
【図３】本発明の実施例及び比較例に係るガラス繊維ボードの初期熱伝導率を示したグラフである。
【図４】本発明の比較例に係るガラス繊維ボードのＳＥＭ撮影写真である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施例に係るガラス繊維ボードのＳＥＭ撮影写真で、（ｂ）は部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
その他の各実施例の具体的な事項は、詳細な説明及び添付の図面に含まれている。
【００１８】
本発明の利点及び／又は特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。
【００１９】
以下では、添付の図面を参照して本発明に係る真空断熱材及びその製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
ガラス繊維ボード
【００２１】
本発明のガラス繊維ボードは、ガラス繊維、無機バインダーを含み、前記無機バインダーは、アルミニウムを含む酸性溶液と塩基性溶液を中和反応させて生成されるアルミニウム化合物を含むことを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記ガラス繊維は、一般に真空断熱材の芯材用として使用されるものであれば制限がないが、特に、公害がなく、且つ生産が容易な、標準化されたガラス繊維であることが望ましい。特に、ガラス繊維の直径が６μｍ以下であるものが、製造の容易性の側面で望ましい。
【００２３】
前記無機バインダーは、アルミニウムを含む酸性溶液と塩基性溶液を中和反応させて生成されるアルミニウム化合物を含む。
【００２４】
ここで、前記アルミニウムを含む酸性溶液は硫酸アルミニウムであることが望ましく、塩基性溶液は水酸化ナトリウムであることが望ましい。
【００２５】
前記塩基性溶液は、アルミニウムを含む酸性溶液と反応してアルミニウム化合物（塩）を生成し、前記アルミニウム化合物（塩）は、ガラス繊維のバインダーとしての役割をする。
【００２６】
すなわち、本発明は、塩基性溶液とアルミニウムを含む酸性溶液を中和反応させて生成されるアルミニウム化合物を無機バインダーとして活用しているが、前記アルミニウム化合物（塩）は水酸化アルミニウムであり得る。
【００２７】
アルミニウムを含む酸性溶液として硫酸アルミニウムを選択し、塩基性溶液として水酸化ナトリウムを選択する場合、前記アルミニウム化合物（塩）の生成過程は、次の反応式から確認することができる。
【００２８】
Ａｌ２（ＳＯ４）３（ｓ）＋６ＮａＯＨ（ａｑ）→２Ａｌ（ＯＨ）３（ｓ）＋６Ｎａ＋（ａｑ）＋３ＳＯ４２−（ａｑ）
【００２９】
前記中和反応によって形成されたアルミニウム化合物（塩）は、乾燥していると共に水の移動によって挙動しなく、ガラス繊維の間に均一に分布して優れたバインダーとしての役割をする。
【００３０】
前記アルミニウム化合物（塩）の乾燥生成物は酸化アルミニウムであり、生成過程は次の通りである。
【００３１】
２Ａｌ（ＯＨ）３（ｓ）→Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋３Ｈ２Ｏ（ｇ）
【００３２】
前記乾燥生成物である酸化アルミニウムは、ガラス繊維の間に均一に分布しながら、直径が４〜６μｍの標準化された各ガラス繊維がよく固まり合っていられるようにバインダーとしての役割をする。
【００３３】
ガラス繊維ボードの製造方法
【００３４】
本発明の一実施例に係るガラス繊維ボードの製造方法は、図１に示したように、ガラス繊維と無機バインダー溶液を撹拌して混合溶液を作る段階（Ｓ１００）と、前記混合溶液から水を除去して抽出物を得る段階（Ｓ１１０）と、前記抽出物を圧縮、乾燥する段階（Ｓ１２０）とを含むことを特徴とする。
【００３５】
まず、ガラス繊維と無機バインダー溶液を撹拌して混合溶液を製造する（Ｓ１００）。
【００３６】
前記ガラス繊維は、一般に真空断熱材の芯材用として使用されるものであれば制限がないが、特に、公害がなく、且つ生産が容易な、標準化されたガラス繊維であることが望ましい。特に、ガラス繊維の直径が６μｍ以下であるものが、製造の容易性の側面で望ましい。
【００３７】
前記無機バインダー溶液は、無機バインダーと水を混合して製造する。本発明で使用される無機バインダーについては前記で詳細に説明したので、本項目ではそれについての説明は省略する。
【００３８】
無機バインダーの含量は、無機バインダー溶液の全体重量のうち０．１〜１重量％であることが望ましい。これは、無機バインダーの含量が０．１重量％未満である場合はボード強度に問題があり、無機バインダーの含量が１重量％を超える場合は熱伝導率上昇の問題があるためである。
【００３９】
ガラス繊維の含量は、混合溶液の全体重量のうち０．５〜１重量％であることが望ましい。これは、ガラス繊維の撹拌時に均一な分散度を確保するためである。
【００４０】
撹拌回転数には制限がないが、ガラス繊維と無機バインダーが均一に混ざるように十分に撹拌して混合溶液を完成する。
【００４１】
次に、前記混合溶液から水を除去して抽出物を製造する（Ｓ１１０）。
【００４２】
水を除去するためには篩を使用する。混合溶液を篩に通過させると、水は篩を通して落ち、ガラス繊維とバインダーが混合された抽出物のみが残るようになる。
【００４３】
その後、抽出物を真空吸入するが、これを通して、残余水分を除去して乾燥時間を短縮できるようになる。
【００４４】
次に、前記抽出物を圧縮、乾燥してガラス繊維ボードを完成する（Ｓ１２０）。
このとき、圧縮時の圧力は２．０〜２．４ｋｇ／ｃｍ２であることが望ましく、乾燥温度は２５０〜３００℃であることが望ましく、乾燥時間は１０〜１５分であることが望ましい。
【００４５】
前記圧縮圧力が２．０ｋｇ／ｃｍ２未満である場合は、ガラス繊維が厚さ方向に対して垂直に配列されないという問題があり、前記圧縮圧力が２．４ｋｇ／ｃｍ２を超える場合は、過度な圧縮によってガラス繊維の物性が低下するおそれがある。
【００４６】
前記乾燥温度が２５０℃未満である場合は、ガラス繊維が十分に乾燥されないという問題があり、前記乾燥温度が３００℃を超える場合は、ガラス繊維の物性が低下するおそれがある。
【００４７】
前記乾燥時間が１０分未満である場合は、ガラス繊維が十分に乾燥されないおそれがあり、前記乾燥時間が１５分を超える場合は、既に十分な乾燥が行われているため、時間に対比して乾燥効果が低下する。
【００４８】
本発明の更に他の実施例に係るガラス繊維ボードの製造方法は、図２に示したように、ガラス繊維を準備する段階（Ｓ２００）と、無機バインダー溶液を前記ガラス繊維に塗布する段階（Ｓ２１０）と、前記無機バインダー溶液が塗布されたガラス繊維を圧縮、乾燥する段階（Ｓ２２０）とを含むことを特徴とする。
【００４９】
準備されたガラス繊維に無機バインダー溶液を塗布する段階（Ｓ２１０）において、その塗布方法には制限がないが、アルミニウムを含む酸性溶液と塩基性溶液を混合した後、これをスプレー方式で噴射する方式で塗布することが望ましい。
【００５０】
その他の段階は、前記の本発明の一実施例と同一であるので、それについての具体的な説明は省略する。
【００５１】
以下、具体的な実施例を通して、本発明のガラス繊維ボード及びその製造方法を説明する。
【００５２】
実施例及び比較例（ガラス繊維ボードの製造）
【００５３】
実施例１
【００５４】
直径４μｍのガラス繊維と直径６μｍのガラス繊維を７：３の割合で混合したガラス繊維を準備した。その後、水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物３ｇを、別途に準備された水１Ｌに投入し、バインダー溶液を準備した。前記の準備されたガラス繊維を前記バインダー溶液に対して１重量％の割合で投入し、撹拌機を使用して３００回回転することによって撹拌した。撹拌が終了した溶液を篩にかけて水を抽出し、真空吸入した後、２．０ｋｇ／ｃｍ２の圧力で３０秒間圧縮した。その後、圧縮された抽出物を２５０℃で１０分間乾燥させ、ガラス繊維ボードを製造した。
【００５５】
実施例２
【００５６】
水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物１．５ｇを水１Ｌに投入してバインダー溶液を準備した点を除いては、実施例１と同一の過程でガラス繊維ボードを製造した。
【００５７】
実施例３
【００５８】
水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物５ｇを水１Ｌに投入してバインダー溶液を準備した点を除いては、実施例１と同一の過程でガラス繊維ボードを製造した。
【００５９】
実施例４
【００６０】
水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物１０ｇを水１Ｌに投入してバインダー溶液を準備した点を除いては、実施例１と同一の過程でガラス繊維ボードを製造した。
【００６１】
実施例５
【００６２】
水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物２０ｇを水１Ｌに投入してバインダー溶液を準備した点を除いては、実施例１と同一の過程でガラス繊維ボードを製造した。
【００６３】
比較例１
【００６４】
水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物を全く入れていない点を除いては、実施例１と同一の過程でガラス繊維ボードを製造した。
【００６５】
比較例２
【００６６】
汎用されているシリカゾルをバインダーとして使用し、通常の方法でガラス繊維ボードを製造した。
【００６７】
比較例３
【００６８】
レゾール型フェノール樹脂と尿素樹脂を８０：２０の質量比で混合した混合物を水で溶解させた樹脂溶液（固形分４０％）を用意し、樹脂溶液の固形分換算で１００重量部、水性シリカゾル３重量部、硫酸アンモニウム２重量部、中質オイルエマルジョン２重量部を混合撹拌し、２５％のアンモニア水でｐＨ８．０に合わせた後、固形分が１８％になるように水で希釈し、無機繊維用水性バインダーを得た点を除いては、実施例１と同一の方法でガラス繊維ボードを製造した。
【００６９】
評価
【００７０】
１．初期熱伝導率
【００７１】
（１）水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウムの含量による熱伝導率
【００７２】
実施例１〜５、比較例１によって製造されたガラス繊維ボードの初期熱伝導率を測定した。
【００７３】
測定結果は、図３に示したように、水酸化ナトリウム及び硫酸アルミニウム混合物が１．５〜５ｇであるとき、初期熱伝導率に最も優れるという事実を確認できた。特に、実施例１の場合、初期熱伝導率が最も低いので、断熱効果に非常に優れていた。
【００７４】
（２）比較例２、３の熱伝導率
【００７５】
比較例２、３によって製造されたガラス繊維ボードの初期熱伝導率を測定した。
【００７６】
測定結果は、下記の表１に示した。
【００７７】
【表１】
0005816742.tif 000002
【００７８】
２．ＥＤＳ分析
【００７９】
実施例３、４と比較例１によって製造されたガラス繊維ボードの成分分析を通して、ガラス繊維の間に存在するバインダーの含量を導出した。このために製造されたガラス繊維ボード試片１個当たり、２個の地点に対する成分を分析した後、平均値に基づいてバインダー含量を算出した。バインダー含量は下記の表２に示す通りである。
【００８０】
【表２】
0005816742.tif 000003
【００８１】
３．ＳＥＭ分析を通したバインダー検証
【００８２】
バインダーがガラス繊維に均一に分布しているかどうかを確認するために、ＳＥＭ分析を施行した。
【００８３】
比較例１によって製造されたガラス繊維ボードのＳＥＭ写真は図４に示し、実施例１によって製造されたガラス繊維ボードのＳＥＭ写真は図５に示した。
【００８４】
図４と図５を対比してみると、本発明の実施例に係るガラス繊維ボードの場合、ガラス繊維の表面に酸化アルミニウムが均一に分布するという事実を確認することができた。
【００８５】
以上では、本発明に係る具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない限度内では多様な変形が可能であることは当然である。そのため、本発明の範囲は、上述した実施例に限定して定めてはならなく、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等なものによって定めなければならない。
【００８６】
以上のように、本発明は、限定された実施例と図面に基づいて説明したが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の思想は、下記に記載した特許請求の範囲によってのみ把握しなければならなく、その均等又は等価的変形はいずれも本発明の思想の範疇に属すると言えるだろう。
【図１】
0005816742.tif 000004
【図２】
0005816742.tif 000005
【図３】
0005816742.tif 000006
【図４】
0005816742.tif 000007
【図５】
0005816742.tif 000008